極地航行船舶黑碳排放立法趨勢下的發(fā)展機遇和挑戰(zhàn)

陳曉東，吳剛

（1.中國極地研究中心，上海 201209；2.上海海事大學(xué)，上海 201306）

遠洋船舶廣泛使用化石燃料，包括輕柴油和重柴油等，所產(chǎn)生的尾氣一旦排放到大氣中將對環(huán)境和人體健康產(chǎn)生嚴重危害。根據(jù)國際防止船舶造成污染公約（MARPOL 附則Ⅵ）中最新規(guī)定，2020年1月1日起，船舶必須使用硫含量不超過0.5%的低硫燃油。該項法案旨在減少全球范圍內(nèi)船舶產(chǎn)生的硫氧化物、氮氧化物以及硫酸鹽排放。然而目前，遠洋船舶產(chǎn)生的黑碳排放污染依然嚴峻，需要進一步加強對船舶黑碳排放的關(guān)注及治理。

1 黑碳排放問題

1.1 健康與環(huán)境

船舶黑碳排放對北極地區(qū)氣候的影響至關(guān)重要。作為全球僅次于二氧化碳的氣候驅(qū)動因子，黑碳不僅可以改變大氣對太陽輻射的吸收，引起全球變暖，導(dǎo)致極地冰川嚴重融化；而且影響氣云的凝結(jié)成核，改變海洋層云的生命周期，影響當(dāng)?shù)睾Ｑ笊锖蜐O業(yè)[1]。不僅如此，黑碳具有積極的輻射強迫特性，可改變大氣對太陽的輻射和光的吸收[2]，將間接對氣候產(chǎn)生了影響，導(dǎo)致全球升溫。

1.2 極地環(huán)境

截至目前，船舶航運業(yè)貢獻了全球所有黑碳排放中的7%～9%。一項國際清潔運輸理事會關(guān)于全球航運黑碳排放的報告指出[3]，北極地區(qū)船舶的黑碳排放雖只占全球所有船舶黑碳排放總量的11%，但等量的黑碳在極地的溫室效應(yīng)近乎于中緯度地區(qū)的5 倍。這表明在北極地區(qū)的黑碳排放危害要比其他地區(qū)的排放危害大的多。一項國際海事組織 IMO（International Maritime Organization）極地海洋船舶評估委員會的權(quán)威評估指出[4]，北極地區(qū)航行活動的日益增加導(dǎo)致了該地區(qū)船舶黑碳排放的大幅增加，加速了北極海冰冰層的融化，已嚴重威脅極地環(huán)境安全。

結(jié)合目前統(tǒng)計情況分析，北極航線的運輸量在近幾年已呈快速增加趨勢。到2030年，總運輸量預(yù)計可達到1.1 億噸，是目前運輸量的3 倍以上。這將進一步增加極地地區(qū)的船舶黑碳排放和大氣溫室效應(yīng)，導(dǎo)致極地冰川的進一步消融。

1.3 極地融化

近年來，全球變暖的影響正把極地海域從冰凍地區(qū)變成一個可季節(jié)性通航的海洋。根據(jù)美國國家冰雪數(shù)據(jù)中心NSIDC( National Snow and Ice Data Center)的數(shù)據(jù)，北冰洋的大陸冰在近期達到了記載以來的較小面積范圍。長期來看，北極海冰面積已呈下降趨勢。多年冰的融化數(shù)量正在增加，冰層厚度正在減薄，且冰層的年持續(xù)時間正在縮短。過去十年來，北極海冰范圍已達歷史最小值。

冰川的退縮通常發(fā)生在夏秋兩季，容易形成擴大的無冰區(qū)。這雖然可增加北極地區(qū)的海上運輸量，但并不意味著在北極地區(qū)的航行可以變得更加容易，因為不同地區(qū)的多年冰量和類型有很大差異，能夠影響海上航線的可靠性。一些重大障礙如浪花結(jié)冰、大風(fēng)、寒冷、偏遠也可能會阻礙航道或?qū)仍途o急行動造成影響。在北極地區(qū)航行，常見的挑戰(zhàn)包括天氣預(yù)報、海圖、冰圖、通信連接問題和距離長等問題。

2 黑碳排放的國際立法趨勢

2.1 技術(shù)問題

船舶黑碳作為IMO 船舶溫室氣體減排體系下一個重點調(diào)控對象之一，其立法工作目前受到很大的技術(shù)條件限制，即使是學(xué)界，也對黑碳生成的氣固相態(tài)的轉(zhuǎn)變過程及初生碳核的形成機制知之甚少，對顆粒的合并與成長機制也有較大爭議[1]。這導(dǎo)致國際上缺失完善的船舶黑碳排放控制法規(guī)。

盡管不是專門針對船舶黑碳排放，但目前部分政策和技術(shù)對減少黑碳排放已具有積極的調(diào)控作用。總體上，只要能增強發(fā)動機燃燒、減少燃料消耗，都將對減少包括黑碳在內(nèi)的船舶排放具有有益的影響。如改進噴射共軌技術(shù)、優(yōu)化噴射策略、考慮船舶能效設(shè)計指數(shù)EEDI（Energy Efficiency Design Index）、現(xiàn)有船舶能效指數(shù)EEXI（Energy Efficiency Existing Ship Index）及碳排放強度指數(shù)CII（Carbon Intensity Index）和新發(fā)動機節(jié)能技術(shù)、燃料升級換代、潤滑和冷卻設(shè)計等，都有助于減少黑碳排放。

2.2 立法推進進程

IMO 對船舶黑碳排放立法的推進出非常緩慢。自2008年7月海上環(huán)境保護委員會MPEC（Marine Environment Protection Committee）第58 次會議首次討論黑碳排放的影響以來，相關(guān)議題開展討論已長達14年。在2010年MEPC 60 屆會議中，美國和北歐共同提交了一份提案（MEPC 60/4/24），將國際航運黑碳排放的影響聚焦到了北極區(qū)域，建議IMO 引起重視[5]。隨后，在MEPC 61 屆會議后，黑碳議題正式成為獨立的議題，由散裝液體和氣體分委會BLG（Bulk Liquids and Gases）負責(zé)討論。隨后，這一議題又被不斷加深。2011年，MEPC 62 屆會議批準(zhǔn)了關(guān)于船舶黑碳排放控制的有關(guān)工作計劃，主要內(nèi)容包括：確定國際航行船舶黑碳排放的定義、探索黑碳測量方法，尋求最適合航運的黑碳排放測量方法以及黑碳排放控制措施等。直至2014年2月，防污染和響應(yīng)分委會PPR（Pollution Prevention and Response）（原BLG）1 次會議關(guān)于船舶黑碳排放的影響形成共識，建議重點考慮北極水域航行船舶對北極環(huán)境的影響，而非全球所有船舶的黑碳排放。可見，這一階段船舶黑碳排放仍存在許多問題有待解決。

2014年10月，MEPC 第67 次會議繼續(xù)討論了黑碳的定義問題，但并無結(jié)果。直至2015年1月23日，PPR2 次會議決定不再采用基于某種測量方法的黑碳定義，而采用“Bond 等人”提出的能夠包容各類測量方法的中性定義，作為黑碳標(biāo)準(zhǔn)定義。此次會議后才使船舶黑碳排放議題正式走入人們視野。根據(jù)“Bond 定義”[6]，黑碳被定義為碳元素的一種獨特的類型，只在炭基燃料的燃燒中的火焰中形成[1]。應(yīng)滿足如下四種物理性質(zhì)：強烈的吸光特性、高溫汽化（4000 K）難熔特性、不溶于水和有機溶劑特性、超微碳質(zhì)球的集合體特性。

圖1 鏈狀黑碳聚集體透射電鏡圖像

基于上述黑碳定義，航運業(yè)開始對船舶的黑碳物理微觀世界的真實屬性有了一個基本的認知。根據(jù)IMO，目前階段主要工作仍應(yīng)聚焦于建立一個有效的船舶黑碳的測量方法。通過綜合研究基于黑碳定義的各種測量方法，評估出一種或多種最合適的測量方法，并形成一個測量標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 船舶上的測試方法難點

2016年召開的PPR 3 次會議審議并確定了黑碳測量報告協(xié)議的格式。在這一階段，IMO 鼓勵各成員國使用黑碳測量報告協(xié)議，自愿開展測量研究，并加強對黑碳排放數(shù)據(jù)的測量和收集工作。此后，在2018年召開的PPR 5 次會議上，確立了以濾紙煙度法FSN（Filter Smoke Number）、光聲光譜法PAS（Photoacoustic Absorption Spectroscopy）和激光誘導(dǎo)熾熱法LII（Laser Induced Incandescence）為主的現(xiàn)階段船舶黑碳排放測量方法。但由于船舶在航行過程中自身環(huán)境發(fā)生不斷變化，導(dǎo)致對環(huán)境的測量十分困難。這使得本就處于正在開發(fā)階段的一些黑碳測量技術(shù)，結(jié)果差異很大。

目前，無論是從經(jīng)濟角度還是從技術(shù)角度，對船舶黑碳測量技術(shù)的投資決策仍具有很高挑戰(zhàn)性，仍需詳細揭示船舶裝載率及燃料類型等對船舶速度優(yōu)化和最低黑碳排放的影響。

2.4 國際競爭的博弈

近年來，IMO 關(guān)于船舶黑碳減排的議題一直被持續(xù)討論。與此同時，有關(guān)的船舶黑碳減排技術(shù)和措施也正逐漸成為綠色船舶行業(yè)中一個新發(fā)展的增長點。但另一方面，各IMO 成國之間卻存在嚴重分歧。關(guān)于船舶黑碳排放，是否應(yīng)盡快采取減排行動目前主要有兩種意見。以加拿大等國家和少部分國際環(huán)保組織認為，對于目前的船舶黑碳排放情況，需盡快開展實際有效的控制措施。而大多數(shù)國家和組織則建議，目前并不適合采取過嚴厲的黑碳排放控制，而應(yīng)逐步開展過渡。持這一觀點的典型國家和組織包括中國、俄羅斯以及波羅的海國際航運公會（The Baltic and International Maritime Council，BIMCO）等。這是基于目前對船舶黑碳排放測試及控制等技術(shù)的綜合考慮后的結(jié)果。目前主要的工作需要首先確定適合大部分場景的黑碳測量方法。

在此背景下，PPR 5 次會議成立了一個有關(guān)通信組，并采納我國建議，著手展開北極區(qū)域內(nèi)航行船舶的黑碳減排措施研究。同時，也著手開展減排的替代措施研究，以及相應(yīng)措施的安全性、經(jīng)濟性和可行性。2019年2月，PPR 6 次會議同時審議了通信組報告和加拿大等國家的提案，并建議向MEPC 74 屆會議提出了有關(guān)黑碳排放控制的部分措施以及完結(jié)黑碳的議題。同年5月，MEPC 74 屆會議上，我國與俄羅斯建議將黑碳議題進一步研究和完善，延遲北極地區(qū)船舶黑碳排放控制措施。而芬蘭、德國、荷蘭和韓國等國逐漸轉(zhuǎn)變態(tài)度，支持開展極地船舶的黑碳排放控制。此項隨后工作被PPR 7 繼續(xù)提交給了MEPC 75 次會議。

直到MEPC 第76 次會議，IMO 審議通過了一項決議，自2024年7月1日起，北極水域船舶禁止使用和運輸重油。在最近的MEPC 第 77 次會議上，IMO 敦促其成員國自愿使用對更安全的餾分油或更替代燃料及推進方式，以助于減少在北極或附近作業(yè)的船舶的黑碳排放，以應(yīng)對黑碳排放對北極的安全威脅。同時鼓勵結(jié)合現(xiàn)有數(shù)據(jù)，確定可采用測量方法及相關(guān)取抽、測量、報告和校準(zhǔn)程序，以減少國際航運黑碳排放對北極的影響。

上述IMO 黑碳立法趨勢表明，國際船舶黑碳排放對我國航運業(yè)的發(fā)展既是機遇也是挑戰(zhàn)。也為我國相關(guān)行業(yè)人警醒，需密切關(guān)注國際社會對船舶黑碳排放控制的有關(guān)發(fā)展，積極參與書面提案，為我國發(fā)展北極航運爭取時間[7]。同時，需加強國內(nèi)黑碳減排技術(shù)發(fā)展，擴大北極科考等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，積極參與國際社會對船舶黑碳議題的溝通協(xié)商機制。在發(fā)展海洋強國，實現(xiàn)清潔、低碳的航運業(yè)發(fā)展助力，為我國尋求新的科技創(chuàng)新動力。

2.5 機遇與挑戰(zhàn)

傳統(tǒng)的IMO 規(guī)則的制定，很大程度上是由于部分歐美國家在推動IMO 規(guī)則制定過程中背后的利益訴求。典型的案例包括近年來的壓載水管理法規(guī)和修訂的大氣污染法規(guī)，形成了當(dāng)前市場火熱的壓載水處理設(shè)備金和廢氣后處理系統(tǒng)等。

由此預(yù)見，在上述發(fā)達國家的推動下，IMO 未來必將會強化船舶黑碳排放的立法工作，這必將會對航運業(yè)帶來新一輪的技術(shù)挑戰(zhàn)。可預(yù)見的挑戰(zhàn)包括進一步禁用特定的船舶燃油，并可能強制推行新的燃料標(biāo)準(zhǔn)。同時，未來的船舶推進主機也面臨著巨大的升級與淘汰壓力，特別是對于缸內(nèi)的燃燒技術(shù)優(yōu)化、排放后處理技術(shù)等，依然存在嚴峻的技術(shù)問題。此外，一些新型的清潔動力能源如LNG、甲醇、燃料電池、港口岸電等技術(shù)也面臨著急迫應(yīng)用化的發(fā)展挑戰(zhàn)。

當(dāng)然，隨著更嚴格的環(huán)保規(guī)則制定與實施，持續(xù)創(chuàng)新發(fā)展的新動能也為海事工業(yè)提供了新的機遇。特別是對促進船舶工業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展以及優(yōu)化建設(shè)能力提供了轉(zhuǎn)型的重要契機。在全世界不斷拓展“一帶一路”合作領(lǐng)域的背景下，《中國的北極政策》白皮書指出[8]，中國愿意依托北極航道的開發(fā)利用，與各方共建“冰上絲綢之路”。這有望成為我國經(jīng)濟發(fā)展新的動能。因此，加強北極裝備研究將必然成為我國船舶工業(yè)發(fā)展的重點任務(wù)之一。

由此可見，IMO 未來必將基于現(xiàn)有的政策和規(guī)范體系，進一步加強對極地船舶黑碳排放的實際控制，形成更嚴格的技術(shù)措施和管理措施。因此，我國更需要開展對黑碳排放控制及有關(guān)技術(shù)措施的研究。

3 結(jié)論

船舶黑碳排放的控制對綠色航運和人類社會的發(fā)展十分重要。未來，IMO 對船舶黑碳排放將有一個更嚴格的立法趨勢，將我國航運發(fā)展帶來全新的挑戰(zhàn)。這一影響將對造船企業(yè)、主機廠商、航運公司、能源企業(yè)等帶來全新的技術(shù)挑戰(zhàn)，但同時也對我國建設(shè)綠色船舶及相關(guān)應(yīng)用配套設(shè)施的全產(chǎn)業(yè)鏈生態(tài)系統(tǒng)提供了一定的機遇。

國內(nèi)有關(guān)部門和企業(yè)還有必要加強關(guān)于船舶黑碳檢測的測試和科研工作，正確開展排放影響因素的分析研究，并圍繞有關(guān)科技成果，積極開展成果轉(zhuǎn)化，研發(fā)新的測試裝備，形成健康的產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)。

建議進一步加強船舶黑碳排放的數(shù)據(jù)和范圍研究。在此基礎(chǔ)上，擴大有關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，形成一個具有完善體系的科研、管理與產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟。并在主管機關(guān)或有關(guān)部門為主導(dǎo)下，積極參與IMO 此項立法工作。